液压舵机

更新时间:2022-09-13 14:53

以液压油为工作介质,能够使船舶转舵并保持舵位的装置称为液压舵机。根据动力源的不同方式,可分为手动、电动、电动液压舵机。电动液压舵机工作可靠、操作方便、轻巧耐用、经济性高、维修管理方便,是船舶理想的操舵装置

简介

舵机是飞行器飞行控制系统的重要组成部分,也是飞行控制系统的执行机构,其性能的优劣直接影响着飞行器的制导精度。在空中按一定轨迹飞行的飞行器都是靠舵机带动舵面随时偏摆校正航向来实现的,其性能的好坏直接影响飞行器性能的高低。舵机系统是一个高精度的位置伺服系统,舵机控制器工作原理是接受制导计算机给出的舵面偏角信号和反馈系统给出的舵面偏转信号,用它的输出指令来操纵舵面的偏转,从而改变飞行器的航行姿势或航行轨迹以达到控制飞行器飞行轨迹的目的。

液压舵机是电液位置伺服控制系统,具有重量轻、尺寸小、灵敏度高,工作平稳安全可靠,运转噪音低、振动小,而且可实现无级变速,功率的范围广等优点,目前被广泛应用于各种飞行器、船舶上。

液压舵机一般采用电动机带动油泵,因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质,利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现舵面偏转。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能,然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能,来实现舵面的偏转。

组成

液压舵机由三部分组成:液压传动系统、机械系统和电路控制系统,其中电路控制系统和液压传动系统组成了液压控制系统,电路控制系统主要是实现对舵面偏转角度的控制,电路控制系统的作用有两个,一是传递舵机指令,二是控制舵片的偏转精度;液压传动系统的作用是向舵机提供足够的液压能,并设置所需的保护与控制装置。转舵机构由液压缸和舵机的机械系统组成,其作用是将液压能转换成机械能,推动舵面的偏转。

液压舵机工作原理

液压舵机由两部分组成:机械机构和液压控制系统,而液压控制系统又是由液压系统和电路控制系统两部分组成,其中反馈信号的检测、放大、校正都是在电路控制系统中完成的。机械机构的作用是将液压能转换成机械能,推动舵面偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能,并设置所需的保护与控制装置。控制系统则是电路部分,其作用有二,一是传递舵令,二是控制操舵精度。这其中液压控制系统起着决定性的作用,它的性能的好坏直接决定着舵机性能的优劣,进而直接影响飞行器性能的高低。液压舵机的工作原理如图1所示。

控制系统的电信号通过控制液压系统的电液伺服阀阀芯开度来控制流入流出液压缸A, B两腔的流量,从而控制液压缸中的活塞的位移,活塞的位移又通过液压舵机的执行机构一机械系统来控制舵面的偏转;而液压系统的主要作用是向舵机提供足够的液压能,设置所需的保护与控制装置,实现电路控制系统与机械系统之间的信号转换,将控制系统的控制信号转换为液压缸中的活塞的位移,从而驱动舵机的曲柄连杆机构进行转动,达到控制舵面偏转角度的目的。

性能要求

对于应用到飞机导弹上的伺服机构一液压舵机较之一般伺服机构的要求要严格得多,主要有以下几个方面:

(1)在要求的持续工作时间内有足够的功率输出,即能满足力矩(或推力)与转速(或速度)的要求。

(2)具有良好的动态性能,在大惯性的载荷下需有必要的稳定性与快速性能。在航空的应用中,一定稳定裕度下的快速性是一个关键问题。战斗机与战术导弹的机动性都很高,舵机机构的响应快慢直接影响操纵系统及自动控制系统的品质。

(3)对外界环境的影响(如冲击、振动、加速度过载及高低温等)不敏感,有较大的负载刚度,对反操纵状态的抑制能力强。

分类

液压控制系统可从不同的角度分类,每种分类方法都代表液压控制系统一定的特点。

按输入信号的变化规律分类:定值控制系统、程序控制系统伺服控制系统。其中本文液压舵机的液压控制系统属于伺服控制系统。伺服控制系统也称随动系统,其输入信号是时间的未知函数,而液压控制系统的输出量能够准确、迅速的复现输入量的变化规律,对伺服系统来说,能否获得快速响应往往是它的主要矛盾。

按被控物理量可进分为速度控制系统、位置控制系统、加速度控制系统和力控制系统以及其他物理量的控制系统等。

按液压控制系统中信号传递介质的形式和信号的能量形式分类:机械一液压控制(简称机一液控制)系统、电气一液压控制(简称电一液控制)系统、气动一液压控制(简称气一液控制)系统。本文液压舵机的液压控制系统是电气一液压控制系统,在电一液控制系统中,误差信号的检测、校正和初始放大大都采用电气、电子元件。其优点是信号的测量、校正和放大都较为方便,容易实现远距离操作,容易与响应速度快、抗负载刚性大的液压动力元件实现整合,组成以电子、电气为神经,以液压为筋肉的电液控制系统。电气、电子技术与液压控制的结合,使得电一液控制系统具有很大的灵活性和广泛的适应性,是目前响应速度和控制精度最优的控制系统。

按控制元件的类型分类:阀控系统和泵控系统,阀控系统又分为阀控液压缸系统和阀控液压马达系统两种,泵控系统又可分为变量泵系统和变量液压马达系统。阀控系统的优点是响应速度快、控制精度高,缺点是效率低;阀控系统在快速、高精度的中小功率中应用很广。泵控系统的优点是效率高,缺点是响应速度慢、结构较复杂,适用于大功率(20kW以上)而响应速度要求又不高的场合。

优点

液压舵机通过采用液压伺服控制系统来实现控制舵面偏转角度的目的,电液伺服控制具有反应速度快、重量轻、尺寸小以及抗负载刚性大等特点,正是由于在现代飞行器的飞行控制系统中采用了电一液伺服控制,从而提高了飞行器控制系统的灵活性与适应性,保证飞行器在所有飞行状态下所需要的稳定性与控制性(操纵性),对改善

飞行器气动性能与布局,保证舵面颤振安全性起到了重要作用。液压伺服控制装置是现代飞机操纵系统与大中型导弹控制系统最主要的装置之一。它在导弹的飞行控制系统中则几乎是系统动态特性的决定因素。

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